铁塔之下 守望天空

 
 
铁塔之下 守望天空  
——走进大气边界层物理和大气化学国家重点实验室  

325米气象塔

科研人员在珠峰地区进行气体采样。

科研人员在北极海冰上进行湍流仪器设备架设。

王自发、朱江、李杰、唐晓等主持完成的项目“嵌套网格空气质量预报模式（NAQPMS）自主研制与应用”荣获2017年度国家科技进步奖二等奖。

■本报记者 丁佳

北京北土城西路和京藏高速的交汇处，平时车来车往，熙熙攘攘。从一条小路拐进去，却有一处幽静小院。一进入中国科学院大气物理研究所（以下简称大气所）铁塔分部的大门，人们就知道，这里是一个做学问的地方。

坐落在此的，是大气边界层物理和大气化学国家重点实验室。自1991年经中国科学院批准正式成立并对外开放以来，该实验室一直面向国际学科前沿和国家重大需求，坚持观测实验、理论分析和数值模拟相结合，引领我国大气边界层物理和大气化学学科发展与交叉，并专注于开展低层大气中物理和化学过程基础研究。

“仰望天空”这件每个人都会做的事情，大气边界层物理和大气化学国家重点实验室的80多名科研人员想要做到极致。因为对国家乃至整个人类来说，“仰望天空”不仅是诗意的表达，更是一种迫切的现实需求。

“接地气”的边界层

大气边界层是指离地球表面约1~2千米高度的低层大气。它是地圈、水圈、冰雪圈、生物圈与大气圈间物质、能量交换的界面和关键区域，对气候和环境的变化有极为重要的影响。人类的日常活动、工农业生产以及普通军事活动均集中在该层，工程活动如航空航天、高层建筑设计、风能和太阳能利用等也与大气边界层密切相关。

“可以说，人类99%的活动都是在大气边界层开展的，因此大气边界层一直是国内外大气科学的前沿研究领域之一。”大气边界层物理和大气化学国家重点实验室主任、大气所研究员王自发说。

例如，近年来备受世人瞩目的温室气体排放、大气灰霾等，其实都发生在大气边界层中，这也让大气边界层物理和大气化学国家重点实验室的研究变得越来越“接地气”。

自1988年利用世界银行贷款开始筹建以来，大气边界层物理和大气化学国家重点实验室的定位就一直非常明确，那就是去探寻边界层大气与地球表面的物质能量交换的科学规律。

“在基础研究方面，我们实验室主要从事大气边界层物理和大气化学这两个学科的交叉研究；在满足国家重大需求方面，我们主要研究重点天气灾害的触发、生态环境问题、城市化对气候变化的影响等等。”王自发介绍。

大气边界层物理是研究在大气边界层中所发生的物理现象的学科，是大气科学的一个重要分支。边界层的大气，既受气压梯度力、科里奥利力的湍流粘性力的作用，又受地面摩擦作用和由辐射引起的温度分布不均匀性的影响，运动非常复杂。

而大气化学则是研究大气组成和化学过程的学科，是大气科学的另一个重要分支，涉及气象、数学、物理、化学、生态、计算机等诸多学科。研究对象包括大气微量气体、气溶胶、大气放射性物质和降水等；研究空间范围涵盖对流层和平流层，水平尺度从城市、区域到全球；研究时间尺度从几天到几年，以至几十年；研究手段包括现场观测、实验室模拟和数值模拟等。

学科的特点决定了研究工作的事无巨细。作为实验室主任，王自发首先必须考虑的，就是学科方向的布局问题。

“一个都不能少”

大气边界层物理和大气化学国家重点实验室副主任、大气所研究员郑循华喜欢用“一把三足鼎立的小板凳”形容自己所工作的实验室。

“三条凳子腿是大气化学、大气边界层物理和生物地球化学，三条腿融合基础研究和应用基础研究，独立又紧密交叉，共同支撑起了整个板凳面——大气环境学。”郑循华说。

凭借着这一独特的学科交叉优势，充分利用理论研究、实验室模拟试验、野外立体综合观测实验、卫星遥测以及数值模拟等多种研究手段，大气边界层物理和大气化学国家重点实验室在大气边界层物理、大气化学，以及碳氮生物地球化学循环研究领域持续保持着领先优势。